Stabilität des APD-Transimpedanzverstärkers [geschlossen]

Die parasitären elektrischen Felder über dem Rückkopplungswiderstand müssen erhöht werden, um die Fotodiode zu kompensieren, die am Pin- des OpAmp hängt. Genauso wie eine Oszilloskopsonde 2 Widerstände (einen in der Sonde und einen im Oszilloskop) und 2 Kondensatoren parallel zu jedem Widerstand hat, wobei die Kondensatoren ausgewählt oder angepasst werden, um 2 identische RC-Zeitkonstanten zu implementieren, um die beste Ebenheit der Impulsantwort zu erzielen.

Nehmen Sie ein paar Stücke massiven isolierten Drahtes, drehen Sie sie zusammen, um die Kapazität zu erhöhen, und löten Sie sie über den Rückkopplungswiderstand.

Sie haben gerade die Schaltung abgestimmt; Drehen Sie nun einen Teil des Gimmick-Kondensators auf und beobachten Sie, wie sich die Impulsantwort ändert.

Nach ein paar Tagen habe ich herausgefunden, was los ist.

Hier meine Schaltung:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der OPA846 ist nicht stabil mit Einheitsverstärkung und erfordert eine minimale Rauschverstärkung von 7, um einen Phasenabstand von etwa 45 Grad zu erreichen. Das Problem, das ich sah, wurde dadurch verursacht, dass mein Rückkopplungspol 1/(RF * CF) eine niedrigere Frequenz hatte als meine Fotodiode Null 1/(RF * CD), da mein Rückkopplungskondensator (CF) 5 pF betrug und meine Diodenkapazität ungewöhnlich ist niedrig <1pF (es ist eine APD). Dies führte dazu, dass meine Rauschverstärkung (1 + CD/CF) bei hohen Frequenzen fast eins war, was dazu führte, dass mein Verstärker oszillierte, aber mein Transimpedanzpol 1/(RF * CF) war auf einer niedrigen Frequenz, was dazu führte, dass meine Transimpedanzreaktion vorbei war -gedämpft (die zweite handgezeichnete Spur).

Hier ist ein Bode-Plot dieser verwirrenden Konfiguration:

Die erste handgezeichnete Spur in meiner Frage geschah, als ich die Rückkopplungskapazität verringerte, wodurch meine Rauschverstärkung bei hohen Frequenzen erhöht wurde, um die Mindestverstärkungsanforderung von 7 zu erfüllen, aber mein Rückkopplungswiderstand war zu klein, was dazu führte, dass der Rückkopplungspol zu hochfrequent war und was mir einen schlechten Phasenspielraum bei der Transimpedanzantwort gibt.

Jetzt habe ich CF entfernt, um sicherzustellen, dass CF < CD, was notwendig ist, um die Rauschverstärkung bei hoher Frequenz (1 + CD/CF) >= 7 sicherzustellen. Dann habe ich RF erhöht, um sowohl den Nullpunkt der Fotodiode als auch den Rückkopplungspol nach unten zu verschieben Frequenzen, um den gewünschten Phasenabstand zu erhalten und den Verstärker zu stabilisieren. Ich erwäge, auf einen stabilen Verstärker mit Einheitsverstärkung umzuschalten und HF zu verringern und CF zu erhöhen, um meine Bandbreite weiter auszudehnen.

Letztendlich lautet die Moral der Geschichte, dass man vorsichtig sein muss, wenn man Operationsverstärker mit nicht einheitlicher Verstärkung für Transimpedanzanwendungen mit kleinen Fotodiodenkapazitäten verwendet.

Entschuldigung für die Frage mit geringer Qualität. Ich war zu verwirrt, um richtig fragen zu können.

„Unterdämpft“ ist gleichbedeutend mit „nahezu oszillierend“. Wenn Sie erwarten, dass das Signal wie in Bild Nr. 2 ist, aber Bild Nr. 1 erhalten, bedeutet dies, dass (a) die Bandbreite Ihres Verstärkers weit unter dem gewünschten Wert liegt und (b) Sie Schwingungen ziemlich nahe kommen, also eine Temperaturänderung oder Last kann dich in Schwingungen versetzen. Dies passiert normalerweise, wenn am In-Eingang eine übermäßige parasitäre Kapazität vorhanden ist (Masseebene hat keine Lücke unter dem In-Pin) oder die Diodenkapazität in der Rückkopplung nicht richtig kompensiert wird.